基于分布式測算方法的上海城市森林生態系統服務功能評估

韓玉潔 孫文 張文文

摘要：本研究基于森林生態系統連續觀測與清查體系，依據中華人民共和國林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T 1721-2008），并結合2016年上海市森林資源監測成果數據，對上海城市森林生態系統服務功能價值進行了評估。結果表明：2016年上海市森林生態系統服務功能總價值為125.8億元/年，每公頃森林提供的價值量為12.75萬元/年。8項森林生態系統服務功能價值量從大到小的順序為：森林游憩（26.03%）>凈化大氣環境（22.03%）>固碳釋氧（20.24%）>涵養水源（17.14%）>生物多樣性保護（9.10%）>保育土壤（3.53%）>林木積累營養物質（1.84%）>森林防護（0.09%）。從研究結果來看，森林游憩功能的價值量最高。森林游憩、凈化大氣環境、固碳釋氧和涵養水源是上海城市森林生態系統服務功能的主體功能，對于上海市營造宜居型城市及創建“生態之城”具有重要的作用。

關鍵詞：城市森林; 生態系統服務功能; 價值評估; 上海

中圖分類號：S718.56? ?文獻標志碼：A

0 引言

森林生態系統是陸地生態系統的主體，具有很高的生物生產力和生物量及豐富的生物多樣性[1]，不僅提供給人類生產生活中所必需的物質資源，而且支撐與維持著地球生命系統，發揮涵養水源、固碳釋氧、保護生物多樣性等多種生態功能[2-3]。在國內外研究中，Daily等最早提出的“生態系統服務是指自然生態系統及其物種所提供的能滿足和維持人類生活所需要的條件和過程”得到人們普遍接受[4];我國侯元兆先生首先總結出了森林水源涵養、土壤保育、固碳制氧、農業防護、生物多樣性維護、凈化和調節空氣、景觀游憩等7種生態系統服務類型[5-6]，這對推動我國森林生態系統服務功能評估的發展具有重要指導意義。

相對于自然森林生態系統，城市森林生態系統由于不同的生態格局和人為干擾，而具有獨特的氣候、土壤、植被和社會動態性[7]。隨著城市化進程的加速，城市生態環境問題的日益突出，人們深刻認識到森林的重要作用，城市森林的功能與價值作用也越來越受到人們的重視，分析和評價森林生態服務功能已成為當前生態學和生態經濟學等研究的熱點問題之一[8-9]。城市森林生態系統服務具有人為主導性、高需求性、空間異質性、動態性、多功能性及社會經濟屬性等特征[10]，科學評估城市森林生態系統服務功能，深入理解城市森林結構和城市森林生態系統服務價值間的關系，可反過來更好地調整城市森林結構、改善城市規劃，指導城市可持續發展，最重要的是，可為城市居民提供更多的幸福感[11]。

上海屬于我國特大型城市，社會經濟發達、人口密集、土地短缺，目前是大陸地區城市化水平最高（88%）和人口密度最大（3809人/km2）的城市。但是，生態空間匱乏且分布不均，環境容量和環境承載力有限，城市居民對森林生態系統服務的需求強烈。如何科學量化評估上海城市森林生態系統服務功能價值量，是上海城市森林發展急需解答的問題。為此，本文依據《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T 1721-2008）[12]，結合2016年上海市森林資源監測成果數據，對上海城市森林生態系統服務功能價值進行了評估，研究結果對于上海市加強現有森林資源的開發利用，提升城市森林生態系統服務轉化率，讓城市居民更大程度地享受森林生態福祉，為政府部門制定保護發展森林目標責任制及公益林生態補償機制提供科學依據。

1研究區概況

上海地處長江入海口，地理坐標在東經120?51′～122?12′，北緯30?40′～31?53′，土地總面積6340.5 km2。整體上地勢低平，僅在松江地區分布著佘山、天馬山和小昆山等十余座百米以下的山丘。上海屬于北亞熱帶海洋性季風氣候，四季分明，日照充足，雨量充沛。年均溫15.8℃，全年無霜期228d，年降雨量1100 mm，約70%集中在5-9月的汛期。年日照時間為2000～2100h，熱量資源較為豐富，日照時數及太陽輻射強度的年際間變化較小，地區間差異不大，屬于光能資源較為豐富的地區。日平均氣溫≥10℃的活動積溫約為5110℃，持續期為230～234d[13]。目前全市森林資源99%以上為人工林，天然次生林僅存于大小金山島和佘山地區，地帶性植被為含有落葉成分的常綠闊葉林[14-15]。根據上海市2016年森林資源監測成果數據，2016年上海全市森林面積98687 hm2，森林覆蓋率達15.56%。

2 研究方法

2.1 評估指標體系及計算公式

依據中華人民共和國林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T1721-2008）[12]，選取涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養物質、凈化大氣環境、生物多樣性保護、森林防護和森林游憩8個類別22項指標進行價值量評估（見表1）。

2.2數據來源

數據主要來源于①上海城市森林生態系統國家定位觀測研究站及國家林業局森林生態系統定位觀測研究網絡積累的長期定位連續觀測研究數據集;②2016年上海市林業局森林資源監測成果數據;③國家權威部門及上海市公布的社會公共數據。

2.3測算方法

為了最大限度考慮不同生態功能區森林生態系統空間和時間上的差異性，森林生態連續觀測與清查體系引入了分布式測算模型[16-18]。本評估也是基于分布式測算方法（見圖1），具體測算過程如下：⑴首先將上海市按行政區劃分為中心城區（包括黃浦區、徐匯區、長寧區、靜安區、普陀區、虹口區和楊浦區）、閔行區、嘉定區、寶山區、浦東新區、奉賢區、松江區、金山區、青浦區以及崇明區等10個一級測算單元;⑵每個一級測算單元又按不同優勢樹種（組），劃分成樟木林、水杉林、硬闊類、闊葉混交林、灌木林、果樹類、軟闊類、針闊混交林、杉類、竹林、松類和針葉混交林等12個二級測算單元;⑶每個二級測算單元按照不同起源，劃分為天然林和人工林2個三級測算單元;⑷每個三級測算單元再按齡組，劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林5個四級測算單元;⑸再結合不同立地條件的對比觀測，最終確定了1200個相對均質化的生態服務功能評估單元[19]。

3 結果與分析

3.1 上海市森林生態系統服務功能測算結果

從2016年上海市森林生態系統服務功能物質量和價值量測算結果（見表2）可以看出，森林游憩功能的價值量最大，為32.74億元，占26.03%。其中，中心城區森林游憩價值量為21.68億元，在上海各區的森林游憩價值量中為最高，占全市森林游憩價值量的66.23%。2016年上海市涵養水源量為20257.55萬m3，相當于全市水庫總庫容的37%（上海市水庫總庫容為5.49 億m3，來源于《上海市第一次水利普查暨第二次水資源普查公報》）。

凈化大氣環境功能中，森林生態系統滯塵量為6945.40 t，約為本市煙塵排放量的5.75%（2015年煙塵排放量為12.07萬t，來源于2016上海市統計年鑒[20]）。吸收污染物量為1134.04萬kg，其中二氧化硫吸收量為977.20萬kg，二氧化硫吸收量相當于2015年上海市工業二氧化硫排放量的9.32%（2015年上海市工業二氧化硫排放量為10.49萬t，來源于2016上海統計年鑒）。

上海市2015年能源的消耗總量是11387.44萬t標準煤（來源于2016年上海統計年鑒），經碳排放轉換系數[21]換算可知，上海市2015年碳排放量為8540.58萬t。2016年上海市森林生態系統固碳量為59.42萬t，2016年上海森林生態系統固碳量則相當于吸收了2015年上海市碳排放量的0.7%，其中碳庫功能發揮最大的在崇明區、浦東新區和松江區等地。

3.2 上海市森林生態系統服務功能價值量

通過2.2的評估公式和上海市森林資源監測成果數據，計算得出2016年上海市森林生態系統服務功能總價值為125.80億元，每公頃森林提供的價值量為12.75萬元。8項森林生態系統服務功能中，森林游憩價值為21.56億元，占26.03%;凈化大氣環境價值為27.72億元，占22.03%;固碳釋氧價值為25.47為億元，占20.24%;涵養水源價值為21.56億元，占17.14%;生物多樣性保護價值為11.45億元，占9.10%;保育土壤價值為4.44億元，占3.53%;林木積累營養物質價值為2.31億元，占1.84%;森林防護價值為0.11億元，占0.09%。森林游憩、凈化大氣環境、固碳釋氧和涵養水源所占比例較高，四項功能之和占森林生態系統服務功能總價值的85.44%（見表3）。

3.3 上海市各區森林生態系統服務功能價值比較

從圖2和3可以看出，上海各區森林生態系統服務功能總價值從大到小的順序為中心城區（20.27%）>浦東新區（18.43%）>崇明區（18.25%）>松江區（8.41%）>青浦區（6.82%）>奉賢區（6.71%）>寶山區（5.81%）>嘉定區（5.45%）>閔行區（4.96%）>金山區（4.89%）。中心城區、浦東新區和崇明區位于上海市森林生態系統服務功能總價值的前三位，占全市總價值的56.95%;而嘉定區、閔行區和金山區位于上海市森林生態系統服務功能總價值的后三位，占全市總價值的15.29%。

3.4 上海不同優勢樹種（組）森林生態系統服務功能價值量比較

上海市不同優勢樹種（組）森林生態系統服務功能總價值量差異較大（見圖4）。各優勢樹種（組）6大功能合計價值量介于2194.12萬～193933.02萬元之間，其大小順序為：闊葉混交林>樟木林>硬闊類>灌木林>果樹類>軟闊類>水杉林>針闊混交林>竹林>杉類>松類>針葉混交林。各優勢樹種（組）位于前3位的總價值量分別為193933.02萬元、191973.29萬元和113408.66萬元，其占全市總價值量的39.69%;位于后3位的總價值量分別為28963.45萬元、11866.81萬元和2194.12萬元，其占全市總價值量的3.42%。

4結論與討論

（1）根據《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T 1721-2008），首次采用分布式測算方法，按照行政區、優勢樹種（組）、森林起源、林齡等四級測算單元，對上海市森林生態系統服務功能價值進行評估。在評估中，對于調節水量、凈化水質、固土、提供負離子、吸收污染物、滯塵和森林防護等指標的計算，采取了上海本地參數，特別是滯塵、滯納PM2.5和滯納PM10這3個指標的計算是基于上海城市森林生態國家站的實測數據得出的參數，使得評估結果更為精確可靠。

（2）根據測算結果，2016年上海市森林生態系統服務功能總價值為125.80億元。在8項森林生態系統服務功能中，價值量從大到小的順序為：森林游憩>凈化大氣環境>固碳釋氧價值為>涵養水源>生物多樣性保護>保育土壤>林木積累營養物質>森林防護。森林游憩功能所起的作用最大，這充分說明了城市森林生態系統與人類的關系最為密切，為城市居民日常休閑、游憩、健身提供了高效的生態服務。

（3）上海市各區森林生態系統服務功能價值量的分布格局，與各區森林資源自身的屬性有直接的關系。森林生態系統服務功能價值從大到小的分別為：中心城區>浦東新區>崇明區>松江區>青浦區>奉賢區>寶山區>嘉定區>閔行區>金山區。中心城區森林資源總量雖然不大，但是森林生態系統服務功能價值卻最高，這與中心城區森林游憩功能有關。中心城區森林生態系統服務總價值為25.49億元，其中森林游憩功能價值量為21.68億元，占85.05%。除中心城區外，9個郊區森林生態系統服務功能價值的大小順序與森林面積大小順序大體一致，呈緊密的正相關性。上海市森林面積在各區的分布差異很大，郊區森林面積大，而城區森林面積小。2016年上海市各區森林面積從大到小為：崇明區（27.54%）、浦東新區（17.98%）、松江區（9.58%）、青浦區（9.20%）、奉賢區（8.70%）、金山區（6.78%）、嘉定區（6.36%）、閔行區（6.01%）、寶山區（4.72%）、中心城區（3.12%）。浦東新區和崇明區的森林資源面積在全市各區中排前兩位，由此所產生的森林生態系統服務功能價值量也在前列，為全市帶來了巨大的生態效益。

（4）對于不同林分類型來說，各優勢樹種（組）六大功能合計價值量介于2194.12萬～193933.02萬元之間，其大小順序為：闊葉混交林>樟木林>硬闊類>灌木林>果樹類>軟闊類>水杉林>針闊混交林>竹林>杉類>松類>針葉混交林，這與森林面積及蓄積量有關。上海市地帶性植被為闊葉混交林，因此應以營造闊葉混交林為主，不僅有利于維持森林生態系統的穩定性，而且有利于提高森林生態系統服務功能價值量。

森林生態服務功能價值使我們在一個新的層面上來認識森林與人類的關系，科學地量化城市森林所提供的生態系統服務功能，可用于評估城市森林在提供生態、社會、經濟等方面所帶來的實際和潛在效益，對提高本市森林資源管理和規劃景觀綠地等都具有重要作用[23]。因此，上海在城市建設、管理過程中必須對森林生態服務功能價值有足夠的認識，從而達到保證森林生態系統服務功能的充分發揮以及森林可持續利用的目的，最終使上海實現人與自然和諧、生態和經濟可持續發展之路。

致謝：在評估過程中，得到了中國林業科學研究院首席專家、中國森林生態系統定位觀測研究網絡管理中心主任王兵研究員的指導和幫助，上海交通大學劉春江教授的研究團隊參與了部分測算，在此表示感謝。

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